§ 3.2. Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки – главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактом), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением ) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии.

Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для уяснения последующего материала вытекает из того, что путем изменения состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания осуществляются, по сути дела, формирование сигналов импульсной формы , а также различные преобразования импульсных сигналов в схемах и узлах импульсной техники. Транзистор применяют также в качестве бесконтактного ключа в цепях постоянного и переменного токов для регулирования мощности, подводимой нагрузке.

Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники являются так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе,

Работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима работы.

Ключевая схема на транзисторе типа р-п-р показана на рис. 3.3,а. Транзистор Т выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резистором и источником питания.

Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графо-аналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а-б по постоянному току (рис 3.3.б). Линия нагрузки описывается соотношением

и проводится так же , как для усиленного каскада. Точки пересечения линии нагрузки с вольт-амперными характеристиками транзистора определяют напряжения на элементах и ток в последовательной цепи.

Режим запирания ( режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности (

, указанной на рис. 3.3,а без скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается и его ток . Вместе с тем через резистор протекает обратный (тепловой) ток коллекторного перехода . Режиму закрытого состояния транзистора соответствует точка (рис. 3.3, б).

Протекание через нагрузку теплового тока связано с тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистора от источника питания. Малое значение является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы.

Величину запирающего входного напряжения

выбирают из расчета того, чтобы при протекающем через резистор тепловом токе было обеспечено выполнение условия

(3. 1)

Напряжение для германиевых транзисторов составляет 0,5-2 В.

Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения () и заданием соответствующего тока базы. Открытое состояние транзистора характеризует точка на линии нагрузки.

Определим необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. С этой целью предположим, что при ток увеличивается постепенно.

Увеличению тока базы будет соответствовать увеличение тока коллектора и перемещение рабочей точки из положения вверх по линии нагрузки. Напряжение транзистора при этом постепенно уменьшается.

До некоторого граничного значения тока базы () сохраняется известная пропорциональная зависимость между и :

(3.

2)

Где — статический (усредненный) коэффициент передачи тока транзистора схеме ОЭ ( а не дифференциальный коэффициент β, действительный для малого входного сигнала).

Точка при токе базы характеризует «полное» открытие транзистора. Через транзистор и резистор протекает ток

(3.3)

Где — падение напряжения (остаточное напряжение) на транзисторе в открытом состоянии.

Остаточное напряжение , являющееся существенным параметром транзистора в импульсном режиме работы, должно быть минимальным. В зависимости от типа прибора напряжение

лежит в пределах 0,05-1 В. Ввиду относительно малого остаточного напряжения по сравнению с расчет тока открытого транзистора проводится по формуле

(3. 4)

C учетом формулы (3.2) находят граничное значение тока базы открытого транзистора , при котором наблюдается пропорциональная зависимость тока коллектора от тока базы:

(3.5)

Таким образом , точка на рис. 3.3., б представляет собой точку пересечения линии нагрузки с начальным участком коллекторной характеристики транзистора .

При дальнейшем увеличении тока базы () остаточное напряжение остается почти неизменным, так как все коллекторные характеристики транзистора при практически проходят через точку на рис. 3.3.,б. Режим работы открытого транзистора при называют насыщенным , а отношение – коэффициент насыщения транзистора.

Режим насыщения широко используют для обеспечения открытого состояния транзистора. Его открытое состояние при этом становится более устойчивым к воздействию помех во входной цепи, а положение точки не зависит от изменения коэффициента передачи тока транзистора в частности, с понижением температуры. В режиме насыщения ток базы транзистора

(3.6)

Где коэффициент

для надежного насыщения транзистора в требуемом температурном диапазоне может составлять 1,5-3. Найденный ток базы обеспечивается параметрами входной цепи ключевой схемы:

(3.7)

Рассмотрим процессы, протекающие в ключевой схеме при наличии на ее входе управляющего импульса напряжения (рис. 3.4,а). Это необходимо для выяснения свойств схемы при передаче импульсных сигналов. Примем входной импульс напряжения идеальной прямоугольной формы (длительности переднего и заднего фронтов импульса равны нулю).

На интервале , когда входной импульс напряжения отсутствует, транзистор заперт напряжением

положительной полярности. Токи определяются тепловым током транзистора Напряжение на транзисторе (рис. 3.4, г).

С момента времени ( рис. 3.4,а) процессы в схеме обусловливаются отпиранием транзистора входным импульсом напряжения отрицательной полярности . Это сопровождается изменением тока и напряжения транзистора (рис. 3.4, в,г). Как видно из диаграмм, характер изменения и при отпирании транзистора отличается от вызвавшего их скачкообразного изменения входного напряжения. Отличие обусловлено инерционностью транзистора и проявляется в постепенных нарастаниях тока

и уменьшении напряжения . В первом приближении можно принять, что изменения и происходят по экспоненте. Тогда инерционность транзистора может быть учтена эквивалентной постоянной времени (2.78) в предложении , где — интегральная (для большого сигнала) емкость коллекторного перехода транзистора в схеме ОЭ.

Если принять, что ток базы в интервале отпирания имеет прямоугольную форму с амплитудой (рис. 3.4, б), то вызванный им ток

будет изменяться по закону

Коллекторный ток возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к (см.рис. 3.4.,в). Однако, достигнув предельного значения , ток в дальнейшем не изменяется и формирование фронта импульса заканчивается.

Положив в формуле (3.8) находим длительность фронта нарастания коллекторного тока транзистора:

(3.9)

С учетом того, что , а , имеем

(3.10)

Из соотношения (3.10), следует, что длительность фронта импульса сокращается с увеличением коэффициента насыщения транзистора. Это объясняется тем, что большему коэффициенту соответствует больший отпирающий ток, вследствие чего ток коллектора достигает установившегося значения за меньший интервал времени. Так, например, при получаем

При (транзистор при отпирании работает в активном режиме) соотношение (3.10) не может быть использовано для определения . В этом случае уместно говорить об активной длительности фронта, определяемой относительно уровней 0,1 и 0,9 установившегося значения коллекторного тока (3.8):

Характер изменения при отпирании транзистора (рис.3.4,г) подчиняется зависимости .

В момент времени действие входного отпирающего импульса напряжения заканчивается. К базе транзистора прикладывается запирающее напряжение .(рис.3.4,а).

С приложением запирающего напряжения ток коллектора и напряжение в течение некоторого интервала времени остаются неизменными , а транзистор по-прежнему открыт. Создается задержка в запирании транзистора. Это объясняется тем, что к моменту времени транзистор находится в режиме насыщения и при наличии запирающего сигнала ток коллектора поддерживается уходящим из базы в коллектор избыточными носителями заряда (дырками). Только после ухода (рассасывания) избыточных носителей и перехода транзистора в активный режим ток коллектора начинает уменьшаться, а напряжение на коллекторе – возрастать (рис. 3.4, в,г). Помимо ухода избыточных носителей заряда по цепи коллектора их рассасывание осуществляется и по цепи базы за счет протекания обратного тока ,вызванного запирающим напряжением. Обратный (инверсный) ток базы при этом ограничивается сопротивлением входной цепи: .

Время, в течении которого происходит рассасывание избыточного заряда в базе, называется временем рассасывания (рис. 3.4,в). Это время пропорционально коэффициенту насыщения . Следующий затем интервал спадания тока определяет время заднего фронта (среза) коллекторного тока.

При определении необходимо решать уравнение , описывающее изменение заряда в базе. Ввиду пропорциональности заряда в базе току коллектора (базы) процесс , протекающий в транзисторе после момента времени , выражается через токи транзистора в следующем виде:

, (3.11)

Где — эквивалентная постоянная времени, примерно равная времени жизни неосновных носителей заряда в базе в режиме насыщения, но меньшая постоянной времени (2.79), действительной для активного режима .

Выражение (3.11) является уравнением экспоненциальной кривой , показанной в интервале пунктиром (рис. 3.4.,в).

Положив в выражении (3.11) , находим

(3.12)

При ток и

(3. 13)

После выхода транзистора из насыщения ток уменьшается от значения , также стремясь к (рис. 3.4,в), т.е.

, (3.14)

Положив по формуле (3.14) , получаем

(3.15)

Длительности характеризуют быстродействие транзисторного ключа. Как следует из выражений (3.9), (3.12), (3.15), они зависят от частотных свойств используемого транзистора и параметров импульса базового тока. Порядок их величин составляет от долей единицы до едениц микросекунды.

В настоящее время широко используется (особенно в интегральных микросхемах) ключевой режим работы кремниевых транзисторов типа n-p-n.

По построению и характеру работы ключевая схема на транзисторе типа n-p-n аналогична схеме рис. 3.3,а. Отличие заключается в противоположных полярностях напряжения питания и отпирающего напряжения , а также в противоположных направлениях токов базы, эмиттера, коллектора.

Кремниевые транзисторы, в частности типа n-p-n , имеют довольно малый тепловой ток . Влияние тока в выходной и входной цепях закрытого транзистора пренебрежимо мало. По этой причине запирание этих транзисторов осуществимо при . Эта особенность кремниевых транзисторов дает важное практическое преимущество – возможность исключить дополнительные источники запирающего напряжения в базовых цепях, необходимые для германиевых транзисторов.

Работа транзистора в ключевом режиме

Одна из простейших схем транзисторного ключа приведена на рис. 6.22, а временные диаграммы для этой схемы – на рис. 6.23. Схема с общим эмиттером используется в транзисторном ключе чаще всего потому, что по сравнению с другими схемами может быть получен максимальный коэффициент усиления по мощности.

Рис. 6.22. Схема транзисторного ключа

При отсутствии управляющего сигнала транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки, так как на базу подано положительное значение напряжения смещения U_cм (рис. 6.23, а). Состояние отсечки соответствует положению – «разомкнутый контакт». Источник положительного напряжения смещения + U_cм вводится в цепь базы для ограничения не равного нулю тока I_КО, проходящего через цепь нагрузки. При подаче отрицательного управляющего сигнала (рис. 6.23, б), амплитуда которого превышает значение напряжения смещения, на базу транзистора подается отрицательный сигнал (рис. 6.23, в) и он переходит в состояние насыщения, которое аналогично замкнутому контакту. В закрытом состоянии потенциал коллектора (U_вых) близок к (–U_К), в открытом – к (+U_К) (рис. 6.23, г).

Для обеспечения режима насыщения необходимо, чтобы значение тока базы соответствовало следующему условию (рис. 6.23, д):

I_{Б нас}  I_{К нас}/_мин, (6.16)

где I_{К нас} – ток коллектора в режиме насыщения;

_мин – минимальный статический коэффициент усиления транзистора.

Рис. 6.23. Временные диаграммы в схеме транзисторного ключа

При открытии транзистора ток эмиттера I_Э появляется практически мгновенно (рис. 6.23, е), его задают в ключевых схемах на 20-30 % больше номинального тока I_{Э ном}. Превышение тока эмиттера над номинальным называется избыточным током, а отношение

(6.17)

называется коэффициентом (глубиной) насыщения.

Ток в цепи коллектора (рис. 6.23, ж) появляется позже на время задержки включения (t₂ – t₁), которое затрачивается на диффузионное перемещение через базу инжектированных носителей. Это время незначительно и в случае приближенных расчетов им пренебрегают.

Разность (t₃ – t₂) – время фронта импульса коллекторного тока (на уровне I_К=I_{к нас} заканчивается переходный процесс в коллекторной цепи).

Разность (t₄ – t₃) – время продолжения переходного процесса в базе, так как концентрация инжектированных носителей зарядов при наличии избыточного тока эмиттера продолжает некоторое время возрастать.

Момент окончания переходного процесса в транзисторе соответствует моменту времени t₄.

Разность (t₄ – t₁) – время установления, соответствует времени заряда диффузионной емкости эмиттерного перехода.

Разность (t₆ – t₅) – время задержки включения, при котором I_К = I_Кнас.

Приложение к эмиттерному переходу обратного напряжения вызывает в начальный момент значительный обратный ток вследствие насыщения перехода свободными носителями зарядов. Этот ток протекает до момента времени t₇. После момента времени t₅ – подачи запирающего напряжения в коллекторной цепи, и момента времени t₇ в цепи эмиттера токи начинают снижаться, что связано с рассасыванием накопленного заряда в базе.

Завершение переходного процесса происходит в момент времени t₈.

Разность (t₈ – t₆) – время спада импульса коллекторного тока.

2n3904 Transistor Datasheet — Основные характеристики и области применения

В электронных продуктах вы найдете несколько мощных транзисторов, каждый из которых подходит для определенной роли. В этой статье нас интересует транзистор 2n3904 и даташит на транзистор 2n3904. Прежде всего, мы остановимся на его основных деталях, таких как распиновка, функции и использование. Читай дальше.

 

Содержание

Что такое транзистор 2n3904？

 

0003

 

В основном это транзистор типа NPN. Таким образом, его выводы коллектора и эмиттера остаются в разомкнутом состоянии, когда вы держите вывод базы на земле. Это режим обратного смещения. И наоборот, они остаются закрытыми (прямое смещение) при подаче электрического сигнала на базовый контакт.

Кроме того, при использовании этого транзистора можно подключать нагрузки только с током 200 мА или эквивалентным коллекторным напряжением. Кроме того, для смещения транзистора требуется подача тока 5 мА на базовый вывод.

 

2n3904 Расположение контактов транзистора

 

Рис. 2. Набор силовых транзисторов

 

Транзистор в основном состоит из трех контактов.

1. Первый контакт является эмиттером и клеммой, через которую электрический ток уходит из транзистора.
2. Второй штифт представляет собой основание. Это удобно для управления смещением транзистора(ов).
3. И, наконец, третий контакт — коллектор. Электрический ток будет поступать на транзистор через этот контакт.

 

2n3904 Основные характеристики транзистора

 

Кроме того, максимальное усиление постоянного тока (hFE) составляет 300.

Присутствует в корпусе То-92 и имеет напряжение коллектор-база 60В

Непрерывный ток коллектора будет 200 мА, а типичное напряжение коллектор-эмиттер 40 В

Он имеет максимальный ток смещения 5 мА и предельное напряжение база-эмиттер 6 В

Транзистор отключается при снятии базового тока. Кроме того, типичное напряжение базового эмиттера в области отсечки составляет примерно 600 мВ.

Также обратите внимание, что возможно измерение напряжения коллектор-эмиттер и коллектор-база в точке насыщения транзистора.

 

Использование транзистора 2n3904

 

2N3904 в качестве переключателя0003

 

Использование этого транзистора для переключения подразумевает использование его в областях насыщения и отсечки. Таким образом, транзистор будет действовать как открытый переключатель в режиме прямого смещения. И наоборот, он будет функционировать как замкнутый переключатель, если вы установите его в режим обратного смещения.

Вы можете управлять режимом смещения, подавая соответствующий ток на базовый контакт. При этом максимальный ток смещения должен быть не более 5 мА. В противном случае он уничтожит транзистор.

Таким образом, последовательное подключение резистора к базовому контакту необходимо для предотвращения этого.

 

2N3904 в качестве усилителя

 

Его адекватная мощность, напряжение и усиление тока в этом режиме представлены в трех основных конфигурациях. К ним относятся:

• Усилитель с общим коллектором
• Усилитель с общим эмиттером
• Усилитель с общей базой

Наиболее распространенная конфигурация, которую вы найдете в схемах усилителей, — это тип с общим эмиттером. Кроме того, вы можете рассчитать коэффициент усиления по постоянному току транзистора как усилителя по формуле:

коэффициент усиления по постоянному току = ток коллектора/ток базы.

 

2N3904 Эквивалентные транзисторы NPN

 

0002 BC639 、 BC549、2SC5200、2N2222 TO-18、2N3055、2N22222 TO-92、2N3906 、 BC636

2N3904. например, в драйвере светодиодов. Кроме того, это удобно в драйверах реле.

Стандарт для усилителей и модулей усилителей, например усилителей сигналов и аудиоусилителей

Необходим в бытовой технике, такой как телевизоры.

Полезен для контроля журналов напряжения до 40 В. В первую очередь это связано с высоким напряжением эмиттера базы и коллектора эмиттера.

 

Заключение

 

Транзистор 2n3904 является одним из основных BJT — биполярных транзисторов. Он также имеет широкий спектр приложений, как показано выше. Для получения дополнительной информации или вопросов о работе этого хорошо спроектированного биполярного транзистора свяжитесь с нами.

 

 

Схемы токовых зеркал с использованием BJT и MOSFET

Current Mirror — это широко распространенный метод проектирования монолитных ИС. В этом методе схема спроектирована таким образом, что она копирует ток через одно активное устройство на другое активное устройство с функцией управления током. При этом ток, протекающий через одно устройство, может быть скопирован в другое устройство, но в инвертирующей форме. Если ток первого устройства изменится, зеркальный токовый выход другого устройства также изменится. Таким образом, контролируя ток в одном устройстве, можно также контролировать ток в другом устройстве. Таким образом, схема текущего зеркала часто упоминается как Источник тока с регулируемым током или CCCS .

 

Характеристика и зависимость схемы токового зеркала

Цепь токового зеркала имеет множество первичных и вторичных зависимостей, и это основная проблема при характеристике схемы токового зеркала.

Правильную схему токового зеркала можно охарактеризовать с помощью трех характеристик.

 

1. Коэффициент передачи тока

Схема отражения тока, зеркальное отражение или копирование входного тока одного активного устройства на выход другого активного устройства. Схема идеального токового зеркала представляет собой идеальный усилитель тока с инвертирующей конфигурацией, которая может изменить направление тока. Поэтому для идеального усилителя тока важным параметром является коэффициент передачи тока.

 

2. Выходное сопротивление переменному току

Сопротивление зависит от напряжения и тока по закону Ома. Таким образом, выходное сопротивление переменному току играет важную роль в стабильности выходного тока по отношению к изменениям напряжения.

 

3. Падение напряжения

Правильно работающая схема зеркала имеет низкое падение напряжения на выходе. Диапазон напряжения, в котором может работать схема токового зеркала, называется диапазоном соответствия , а минимальное и максимальное поддерживаемое напряжение в этом диапазоне соответствия называется 9.0169 соответствие напряжения . Минимальное напряжение требуется для поддержания транзистора в активном режиме, поэтому минимальное напряжение зависит от технических характеристик транзистора.

 

Ограничения в схемах зеркала реального тока

Идеальная схема и реальная схема — это две совершенно разные схемы. В реальном мире нет ничего идеального или идеального. Однако, прежде чем понять ограничения схем токовых зеркал в отношении реальных приложений, необходимо понять источник напряжения и тока, а также их идеальное и фактическое поведение.

 

Источник напряжения — это устройство, способное подавать фиксированное и стабильное напряжение на нагрузку. В идеальной терминологии источник напряжения будет обеспечивать постоянное фиксированное напряжение, не завися от тока нагрузки . Таким образом, мы можем подключить любое сопротивление нагрузки к идеальному источнику напряжения и каждый раз получать стабильное и фиксированное напряжение. Это не относится к реальному источнику напряжения. В реальном мире источники напряжения, такие как батареи, блоки питания и т. д., не могут обеспечить неограниченный или бесконечный ток для нагрузок.

 

То же, что и идеальный источник напряжения, независимо от напряжения на клеммах, источник тока может подавать или принимать ток. Но в реальном мире напряжение также влияет на процесс подачи постоянного тока.

 

В случае цепей токовых зеркал источники напряжения и тока идеальны. Но в реальном сценарии у них есть шумы, толерантность, пульсации, поэтому выходное напряжение меняется. Все это влияет на текущий выход зеркала.

 

Не только это, но и теоретически в схемах идеального токового зеркала импеданс переменного тока считается бесконечным, но это не так в реальном сценарии. Текущая зеркальная схема в практическом мире имеет конечный импеданс, который влияет на процесс подачи тока. Также реализация схемы создает паразитную емкость , что приводит к ограничению частоты .

 

Схема токового зеркала с использованием BJT

Биполярные переходные транзисторы широко используются для отражения тока. Первый прием использования биполярного транзистора в качестве токового зеркала состоит в том, чтобы сконструировать экспоненциальный преобразователь напряжения в ток с использованием транзистора. Это делается путем подачи напряжения на переход база-эмиттер биполярного транзистора, а ток коллектора принимается в качестве выходного сигнала. В этой конфигурации преобразователя напряжения в ток простая отрицательная обратная связь на транзисторе преобразует свойства преобразователя напряжения в ток в противоположный логарифмический преобразователь тока в напряжение. Как правило, отрицательная обратная связь осуществляется путем соединения базы и коллектора транзистора.

 

Рассмотрим приведенное выше изображение . Прежде чем понять, как работает схема, важно понять рабочие характеристики транзистора. В активном режиме ток коллектора транзистора можно рассчитать, умножив ток базы на коэффициент β. Отношение между током эмиттера и током коллектора называется ɑ. Отношения между этими двумя могут быть описаны с помощью простого математического построения

  ɑ = β/(β+1)  

 

Следовательно, постоянное напряжение база-эмиттер обеспечивает постоянный ток эмиттера. Этот постоянный ток эмиттера, который можно умножить на постоянный коэффициент ɑ, дополнительно дает постоянный ток коллектора.

 

На предыдущем изображении диод со смещением в прямом направлении используется параллельно переходу база-эмиттер, который обеспечивает постоянное напряжение на транзисторе. Напряжение на базе-эмиттере постоянно и зависит от тока, протекающего через диод. Однако ток диода можно регулировать с помощью резистора смещения. Если ток через диод уменьшить за счет увеличения значения сопротивления смещения, падение напряжения на диоде также уменьшится. Из-за уменьшения напряжения перехода база-эмиттер ток эмиттера также уменьшится в той же пропорции. Необходимо помнить одну вещь: ɑ и β транзистора постоянны.

 

Путем изменения тока диода можно управлять током эмиттера транзистора . Тем самым в той же пропорции может изменяться и коллекторный ток транзистора. По этому правилу эмиттерный ток транзистора можно измерить через коллектор транзистора. Таким образом, резистор смещения может управлять коллекторным током транзистора.

 

Этот диод можно легко заменить с помощью транзистора, который аналогичен другому аналогу.

 

На изображении ниже показаны два транзистора, которые используются для создания схемы отражения тока. Транзисторы Т1 и Т2 должны быть одинаковыми. Кроме того, два транзистора должны быть расположены близко друг к другу для равной теплопередачи.

 

Если мы внимательно посмотрим на схему, то увидим, что база-эмиттер двух транзисторов T1 и T2 параллельны друг другу. Следовательно, два транзистора имеют одинаковый ток. Таким образом, лучший способ определить выходной ток — сложить ток узла, где I _REF течет.

 

По закону Кирхгофа ток на коллекторе Т1 равен –

  I  REF  = I  C  + I  B1  + I  B2   

 

Следовательно, когда оба транзистора работают при нулевом смещении база-коллектор, токи базы равны,

2 Базовый ток T1 (I _B1 ) = Базовый ток T2 (I _B2 ) = Общий базовый ток узла (I _B )

 

 

Конечное выходное сопротивление выходного транзистора можно рассчитать по следующей формуле:

  R  OUT   = V  A   + V  CE   / I  C   As per the R =V / I   

 

The compliance voltage , where the V _DG = 0  and текущее поведение зеркала все еще работает при самом низком выходном напряжении, можно рассчитать следующим образом:

V _CV = V _T ln ((I _C / I _S ) +1)) Где V _T представляет собой тепловое напряжение, а I _T представляет собой шкалу.

 

Метод токового зеркала с использованием МОП-транзистора

Схема токового зеркала может быть легко реализована с использованием двух МОП-транзисторов. Работа схемы токового зеркала MOSFET аналогична описанной в предыдущем разделе о транзисторах.

 

Рассмотрим приведенную выше схему токового зеркала с использованием МОП-транзистора . МОП-транзистор M1 находится в области насыщения, поскольку V _DS  ≤ V _GS . В случае MOSFET M2 он также будет оставаться в режиме насыщения до тех пор, пока выходное напряжение больше, чем напряжение насыщения. Следовательно, входной ток на M1 будет напрямую управлять выходным током M2.

 

МОП-транзистор функционирует следующим образом, ток стока отражает функцию напряжения затвор-исток и сток-затвор.

 

Итак, формулу можно записать с помощью следующей функции:

  I  D  = f (V  GS  , V  DG  )  

 

Благодаря этому входной ток в MOSFET M1 зеркально отражает ток стока. На изображении входной ток обеспечивается резистором смещения.

 

Если напряжение сток-затвор V _DG равно 0 для MOSFET M1, ток стока M1 будет равен

  я  D  = f (V  GS  , V  DG  =0)  

 

Следовательно, f (V _GS , 0) = I _{IN 2 V0} 0, I 90 устанавливает значение I _{IN 2 V0} 0, I 903. _ГС. . То же самое напряжение от затвора к истоку отражается на M2. Так, если М2 смещен с помощью нуля

В _ДГ и обеспечен транзисторами М ₁ и М ₂ , имеющими одинаковые свойства и точное согласование, то

I _ВЫХ = f (V _GS , V _DG =0) верно.

 

Таким образом, выходной ток отражается как входной ток, I _OUT = I _IN

   

Напряжение сток-исток может быть введено как 30 90 В пост. _ДГ + В _ГС . С этим переходом модель Шичмана-Ходжеса может дать приблизительный ответ f(V _GS ,V _DG ):

Функция может быть выражена как

 

Кроме того, выходное сопротивление также может быть рассчитано, поскольку выходное сопротивление конечно,

и Длина, а λ используется для константы модуляции длины канала.

V _GS , V _th и V _DS представляют собой напряжение затвор-исток, пороговое напряжение и напряжение сток-исток соответственно.

 

Напряжение соответствия , где V _DG = 0, а выходное сопротивление полевого МОП-транзистора по-прежнему высокое, поведение зеркала тока по-прежнему работает при самом низком выходном напряжении. Напряжение соответствия можно рассчитать, выведя условие –

  В  ЦВ  = В  ГС  (И  Д  при В  ДГ  = 0) 
  Или, f  -1  (I  D  ), когда V  DG  = 0  

 

Практическая модель схемы токового зеркала

Схема токового зеркала смоделирована с использованием моделей Proteus.

 

Слева показана схема токового зеркала с использованием 2N2222 BJT, в которой используются две идентичные пары транзисторов. Вместо программирующего резистора для управления потоком тока в реальном моделировании используется потенциометр. То же самое создано для МОП-транзисторов 2N6660.

Амперметр подключен как к входной, так и к выходной токовой стороне. По мере моделирования входной ток почти одинаков и отражается через вторичную сторону.

Подробную работу можно посмотреть в видео ниже.

 

Применение схемы токового зеркала

Схема токового зеркала широко применяется в области производства интегральных схем. Источник эталонного тока создается с использованием схемы токового зеркала. Используя этот метод, можно создать несколько опорных точек из одного источника.